Impurezas em camadas epitaxiais

As dopagens p e n têm sido estudadas em camadas epitaxiais de InAlAs. Os dopantes p são o Zn e o C, este último tem como fonte o tetrabrometo de carbono. O dopante n é o Si. O estudo da dopagem p está em andamento e os resulatdos obtidos são preliminares.

No caso da dopagem n, observamos que tanto a concentração líquida de carga como a concentração de portadores livres dependem linearmente do fluxo de Si durante o crescimento. Na realidade, os dados obtidos com efeito Hall e CV coincidem.Isso indica uma ausência de níveis profundos. Nenhum sinal de saturação foi observado até uma concentração de cerca de 5 x 10¹⁸ cm^-3. Porém, estudos feitos com fotoluminescência em amostras ditas as-grown e recozidas a 800ºC por uma hora numa atmosfera inerte mostram a presença de uma emissão em torno de 41 eV abaixo do gap, atribuída à transição banda de condução – aceitador SiAs. Essa emissão cresce com o fluxo de silana e com o tratamento térmico. O tratamento térmico induz a produção de vacâncias de As que podem então ser substituídas por átomos de Si. Medidas de concentração líquida de carga após o tratamento térmico mostram uma diminuição na concentração de portadores. Conclui-se que um efeito de autocompensação está sempre presente e pode ser detectado opticamente. Além disso, cálculos da energia de ionização do aceitador usando um modelo tight-binding, forneceram um valor de cerca de 60 meV. Levando em consideração a incerteza na determinação da massa efetiva dos buracos em InAs, esse valor é considerado bastante próximo do valor determinado experimentalmente.

Fig. 1 Dependência da densidade de portadores livres (n) e densidade de carga líquida (N) com a pressão parcial de entrada de silana normalizada. n foi medida por efeito Hall (quadrados) e N por CV (círculos vazios). A mobilidade também está incluída (círculos cheios).

A dopagem p em camadas de InAlAs, onde o dopante é o C, foi estudada em função da temperatura de crescimento. Observamos que a temperaturas de crescimento inferiores a 620°C a amostra é tipo p e que para temperaturas mais elevadas o material é tipo n. Esse efeito está relacionado com a anfotericidade do C, presença de átomos de H que passivam o dopante e a incorporação de níveis profundos. A concentração de tais níveis profundos está diretamente correlacionada com a concentração atômica de C.

Fig. 2 Concentração atômica, de portadores livres e de carga líquida em função da temperatura de crescimento. Observa-seuma transição de material tipo p para tipo n em torno de 620°C.

A dopagem de C também foi estudada em AlGaAs em função da razão III/V. Variando esse parâmetro a dopagem passa de intrínseca à dopagem residual.Encontramos condições ideais de crescimento para se obter controle sobre o nível de dopagem. Uma localização dos átomos de C em uma região inferior a 8 Å foi obtida nas camadas de AlGaAs com dopagem planar.

Fig. 3 Concentração de carga líquida em função do fluxo de CBr ₄ para diferentes valores da razão III/V.

Fig. 4 Largura a meia altura da distribuição de carga em função da dopagem superficial. A curva sólida mostra um cálculo assumindo que as impurezas estão localizadas numa região de 8 Å de espessura, equivalente a 70 % do raio de Bohr, a_B.